5 ترفند بهینه‌سازی سیستم‌های سرمایشی در صنایع غذایی

بر اساس برآورد سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد، صنعت غذا نزدیک به ۳۰ درصد از انرژی جهان را مصرف می‌کند و عامل حدود ۲۰ درصد از آلودگی‌های گلخانه‌ای است. نیاز به غذا روز به روز در جهان افزایش می‌‌یابد؛ در نتیجه باید روش‌های گوناگونی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنایع غذایی به کار گرفت. صنایع غذایی مانند سیستم‌های روشنایی، پمپ‌ها، تهویه هوا، فرآیندهای سرمایش و… انرژی مصرف می‌شود. فرآیندهای سرمایشی یکی از بخش‌هایی است که انرژی زیادی را مصرف می‌کند. روش‌های گوناگونی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی در این بخش پیشنهاد شده است.

فرآیند سرمایش صنعتی مواد غذایی چگونه است؟

هدف از سرد کردن مواد غذایی، پایین نگه داشتن دمای آن‌ها برای یک مدت زمان مشخص است. میکروارگانیسم‌هایی که موجب تسریع روند فساد غذا می‌شوند، در دمای ۵ تا ۶۰ درجه به خوبی رشد می‌کنند. سرد کردن مواد غذایی، یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای کاهش یا حذف فعالیت باکتری‌ها و میکرو ارگانیسم‌ها است. در ادامه با روش‌های سردسازی در صنایع غذایی و بهینه‌سازی این روش‌ها بیشتر آشنا می‌شویم.

سرد کردن با استفاده از چیلر (چیلینگ) روشی است که در بخش‌های مختلف صنایع غذایی برای پایین آوردن دمای گوشت، لبنیات، میوه و سبزیجات به کار گرفته می‌شود. در روش چیلینگ، ماده غذایی باید برای مدت مشخصی در دمای پایین قرار بگیرد و پس از آن برای نگهداری به سردخانه یا محفظه‌های سرد منتقل شود.
اغلب برای سرد کردن مواد غذایی از چیلرهای آبی استفاده می‌شود. همچنین استفاده از چیلرهای هوایی برای پایین آوردن دمای مواد غذایی نیز رایج است. چیلرهای صنایع غذایی از یک مبدل حرارتی برای پایین آوردن دمای مواد غذایی استفاده می‌کنند.

استفاده از چیلر، یکی از روش‌های رایج برای کاهش دمای مواد غذایی است.

چگونه سیستم‌های سرمایشی در صنایع غذایی را بهینه‌سازی کنیم؟

بهینه سازی مصرف انرژی در سیستم‌های مختلف سرمایشی، متفاوت است. در ادامه به چند روش برای بهینه سازی انرژی اشاره خواهیم کرد:

1.ترکیب سیستم گرمایش و سرمایش

صنایع غذایی به سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مناسب با برآیند بالا نیاز دارند. این دو سیستم می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند. به این صورت که حرارت تولید شده توسط سیستم سرمایشی برای گرم کردن آب فرآیندی مدار گرمایش هیدرونیک -که از جریان آب داغ برای گرمایش از کف استفاده می‌کند- به کار گرفته می‌شود.

نمایش عملکرد مدار گرمایش هیدرونیک

به‌علاوه، می‌توان یک کندانسور گاز دودکش بر روی دیگ بخار نصب کرد. در نتیجه انرژی مورد نیاز در سیستم سرمایشی و گرمایشی، پیوسته در گردش است. این کار موجب ذخیره سوخت فسیلی و جلوگیری از تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

در کندانسور گاز دودکش، از حرارت گازهای خروجی از دودکش دیگ بخار برای گرم کردن آب فرآیندی استفاده می‌شود. فرآیند انتقال حرارت در این کندانسور در اثر تماس مستقیم دود و بخار آب انجام می‌شود. در نتیجه به دلیل وجود سطح تماس زیاد -مجموع سطح قطرات آب- استفاده از این کندانسور بازده بالایی را به همراه دارد.

استفاده از کندانسور گاز دودکش، نیاز به تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد و بازده سیستم را افزایش می‌دهد.

2.استفاده از سیستم سرمایش جذبی به جای سیستم سرمایش مکانیکی

نمایش نحوه عملکرد چیلر جذبی در مقایسه با سیستم سرمایش مکانیکی

سیستم‌های سرمایش جذبی نسبت به سیستم‌های سرمایش مکانیکی، نیاز به انرژی کمتری دارند. چیلرهای جذبی برای ایجاد سرما، به جای انرژی مکانیکی از حرارت استفاده می‌کنند. در این چیلرها، کمپرسور مکانیکی بخار با یک کمپرسور حرارتی جایگزین می‌شود. این کمپرسور حرارتی متشکل از یک بخش جاذب، یک ژنراتور، یک پمپ و یک شیر گلویی -طبق تصویر بالا- است. بخار مبرد خروجی از اواپراتور به قسمت جاذب کمپرسور حرارتی می‌رود و در آنجا توسط یک ترکیب محلول، جذب می‌شود. ترکیب محلولی که در چیلرهای جذبی به کار می‌رود، آب بروماید، لیتیوم بروماید یا آمونیاک آب است. سپس ترکیب مبرد و محلول توسط پمپ به ژنراتور فرستاده می‌شود. در ژنراتور، مبرد توسط یک منبع حرارتی که از بخارهای هدررفته سیستم استفاده می‌کند، دوباره به بخار تبدیل شده و از محلول جدا می‌شود. در نهایت، ترکیب محلول توسط یک شیر گلویی به قسمت جاذب برمی‌گردد.

چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی، ضریب عملکرد کمتری دارند. اما استفاده از چیلرهای جذبی، هزینه‌های عملکرد را کاهش می‌دهد. زیرا در چیلرهای جذبی از حرارت بخارهای هدررفته سیستم استفاده می‌شود اما در چیلرهای مکانیکی از موتور -که برای کار به انرژی برق نیاز دارد- استفاده می‌شود.

3.استفاده از سیستم سرمایش کرایوژنیک

منظور از سرمایش کرایوژنیک، استفاده از دمای بسیار پایین برای سرد کردن سریع‌تر و پربازده‌تر مواد غذایی است. این کار، اغلب با استفاده از گازهای مایع شده که در دمای کرایوژنیک -یعنی ۱۶۰ درجه سلسیوس یا کمتر- هستند، انجام می‌شود. چگونگی دستیابی به این دما وابسته به نوع ماده غذایی و گاز مورد استفاده است. نیتروژن مایع به صورت گسترده برای سرمایش مواد غذایی به کار می‌رود.

مهم ترین مزیت روش انجماد کرایوژنیک، سرعت بالای آن است.

4.سرمایش به وسیله ایجاد خلاء

سرمایش به وسیله ایجاد خلاء(وکیوم کولینگ)، یک تکنولوژی سرمایش تبخیری با سرعت بالاست. در این روش، بخشی از رطوبت درون ماده غذایی تحت شرایط خلاء تبخیر می‌شود. برای انجام این کار، ماده غذایی درون یک محفظه بسته قرار می‌گیرد و هوای درون محفظه به وسیله پمپ‌های خلاء، تخلیه می‌شود. با کاهش فشار درون محفظه تا فشار اشباع منطبق با دمای اولیه ماده غذایی، آب شروع به بخار شدن می‌کند. انرژی نهان این تبخیر توسط ماده غذایی تامین می‌شود. در نتیجه، گرمای محسوس ماده غذایی کاهش می‌یابد. بخار تولید شده در هنگام ایجاد سرمایش، توسط پمپ خلاء تخلیه می‌شود یا به وسیله کندانسور نصب شده درون محفظه، تقطیر می‌شود.

هرگونه ماده غذایی را -که دارای مقدار اضافه آب است یا حذف آب درون بافت آن منجر به خرابی آن نمی‌شود- می‌توان با استفاده از روش ایجاد خلاء، سرد کرد. وکیوم کولینگ، یک روش سرمایش سریع و با بازده بالاست. این روش نسبت به روش‌های رایج سرمایش مواد غذایی، ۴۰۰ درصد سریع‌تر است!

استفاده از وکیوم کولینگ برای مواد غذایی همچون نان، کیک و… بسیار کاربرد دارد و باعث حفظ کیفیت و تازگی آن‌ها می‌شود.

5.سرمایش مغناطیسی

تکنولوژی تبرید مغناطیسی در چند سال گذشته توسعه یافته است. این تکنولوژی بر پایه اثر مغناگرمایی است. در این پدیده، ماده مورد نظر با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی، گرم و با حذف میدان مغناطیسی، سرد می‌شود. یکی از مهم‌ترین مزایای سرمایش مغناطیسی، کاهش مصرف انرژی است.

با استفاده از روش تبرید مغناطیسی به جای روش‌های سرمایش متداول، مصرف انرژی حدود ۳۰ درصد کاهش می‌یابد.

در روش‌های سرمایش متداول، یک گاز مبرد حرارت را جذب می‌کند و به محیط بیرون می‌دهد. در نتیجه استفاده از این روش‌ها نه تنها نیاز به انرژی زیادی دارد بلکه منجر به گرمایش زمین و پدیده‌های گلخانه‌ای نیز می‌شود.

علاوه بر مزیت‌های محیط زیستی، استفاده از تبرید مغناطیسی باعث حفظ کیفیت مواد غذایی نیز می‌شود. در روش‌های تبریدی متداول، احتمال ایجاد نوسانات دمایی و سرمایش غیریکنواخت زیاد است. این اتفاقات منجر به رشد باکتری‌های خطرناک و کاهش کیفیت مواد غذایی می‌شود. سرمایش مغناطیسی می‌تواند با ایجاد دمای یکنواخت، منجر به حفظ تازگی و کیفیت مواد غذایی شود.
از دیگر مزایای سرمایش مغناطیسی در مقایسه با روش‌های رایج سرمایشی، نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری و در نتیجه صرف هزینه کمتر، احتمال کمتر خرابی‌ها و سایش‌های مکانیکی و عمر طولانی‌تر سیستم است. چرا که در این روش از هیچگونه سیستم متحرک یا کمپرسوری استفاده نمی‌شود.

سیستم تبرید مغناطیسی

همانگونه که گفته شد، سرمایش یکی از بخش‌های مهم صنایع غذایی است که انرژی زیادی را مصرف می‌کند. برای بهینه سازی سیستم سرمایش صنایع غذایی می‌توان از روش‌های گوناگون مانند ترکیب سیستم سرمایش و گرمایش یا تکنولوژی‌های جدید مانند تبرید مغناطیسی استفاده کرد. به‌کارگیری این روش‌ها منجر به افزایش سرعت، کاهش مصرف انرژی، جلوگیری از گرمایش زمین و کاهش هزینه‌های راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری می‌شود.

در صنایع غذایی، از سردخانه برای نگهداری مواد غذایی استفاده می‌شود. برای مثال، رستوران‌ها یا مراکز تولید غذا از سردخانه مواد غذایی، سردخانه گوشت و پروتئین، سردخانه لبنیات، سردخانه میوه و… استفاده می‌کنند. که در ادامه می‌توانید هر یک را مشاهده بفرمایید.